BR112014028132B1

BR112014028132B1 - dispositivo para monitorar uma unidade de vedação, sistema de perfuração, e, método para identificar falha de uma vedação

Info

Publication number: BR112014028132B1
Application number: BR112014028132-7A
Authority: BR
Inventors: Randall Ferrain Weaver
Original assignee: National Oilwell Varco, L.P.
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2021-07-06
Also published as: CA2872681A1; WO2013170178A3; KR20150008435A; EP2847426A2; US20130299238A1; WO2013170178A2; US9448132B2; KR102048394B1; WO2013170178A4; BR112014028132A2; EP2847426B1; CA2872681C

Abstract

DISPOSITIVO PARA MONITORAR UMA UNIDADE DE VEDAÇÃO, SISTEMA DE PERFURAÇÃO, E, MÉTODO PARA IDENTIFICAR FALHA DE UMA VEDAÇÃO. Um dispositivo para monitorar uma unidade de vedação inclui um corpo tendo um eixo geométrico central e uma passagem atravessante, um pistão deslizavelmente disposto na passagem atravessante e propendido em direção a uma extremidade do corpo por um membro de solicitação, e uma unidade de sinalização acoplada ao corpo. A unidade de sinalização inclui um indicador e um comutador acoplada ao indicador. A passagem atravessante e o pistão são expostos a uma pressão de fluido da unidade de selagem. O pistão é configurado para transladar axialmente na passagem atravessante para transicionar o comutador entre uma primeira posição e uma segunda posição, permitindo que o comutador transicione o indicador entre um estado desativado e um estado ativado.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se genericamente a sistemas e métodos para manter equipamento rotativo. Mais particularmente, a invenção refere-se a sistemas e métodos para monitorar vedações anulares entre condutos de fluido acoplados, que giram em relação entre si para identificar falhas de vedação.

[0002] Em aplicações requerendo a transmissão de fluido sob pressão relativamente elevada, é às vezes necessário interconectar um conduto rotativo com um conduto estacionário e prover vedações anulares entre eles, para evitar vazamento do fluido pressurizado. Uma tal aplicação é em operações de perfuração, onde uma unidade de tubo de lavagem inclui uma pluralidade de vedações anulares axialmente afastadas, radialmente dispostas entre um primeiro conduto, que gira em relação ao segundo conduto, enquanto fluido de perfuração pressurizado flui através dos primeiro e segundo condutos. Inicialmente, uma primeira vedação retém a pressão do fluido de perfuração abrasivo, passando através da unidade. Quando a primeira vedação eventualmente se desgasta e falha, a pressão do fluido é mantida pela próxima vedação a jusante da primeira vedação e assim em diante quando as operações de perfuração continuam ininterrompidas. Entretanto, quando a vedação final falha, o fluido de perfuração pode indesejavelmente vazar da unidade, potencialmente espalhando-se sobre o equipamento e pessoal circundante. Assim, na falha da vedação final, as operações de perfuração são tipicamente paradas e cada uma das vedações é substituída.

[0003] As vedações em uso comum hoje em dia tipicamente duram algumas centenas de horas, predizer a falha da vedação final é muito difícil, se não impossível. Reparos não-programados são mais caros do que a manutenção de rotina, porque trabalho produtivo tem que cessar por um período de tempo adicional. Os custos de perfuração podem ser milhares de dólares por hora. Para uma falha de vedaçãode tubo de lavagem, o inconveniente do espalhamento de fluido aumenta o trabalho requerido e o custo.

BREVE RESUMO DA DESCRIÇÃO

[0004] Estas e outras necessidades da arte são tratadas em uma forma de realização por um dispositivo para monitorar uma unidade de vedação, por exemplo, uma unidade de vedação disposta em um espaço anular entre um primeiro conduto de fluido e um alojamento rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido. O dispositivo inclui um corpo tendo um eixo geométrico central, uma primeira extremidade, uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade e uma passagem atravessante estendendo-se axialmente da primeira extremidade para a segunda extremidade e um pistão deslizavelmente disposto na passagem atravessante do corpo. O dispositivo também inclui um membro de solicitação axialmente disposto entre o corpo e o pistão, e o membro de solicitação é configurado para propender o pistão axialmente em direção à primeira extremidade do corpo. O dispositivo inclui ainda uma unidade de sinalização acoplada à segunda extremidade do corpo e incluindo um indicador e um comutador acoplada ao indicador, em que o indicador tem um estado ativado e um estado desativado e em que o comutador tem uma primeira posição colocando o indicador no estado desativado e uma segunda posição colocando o indicador no estado ativado. O pistão é configurado para transladar axialmente na passagem atravessante, para transicionar o comutador entre a primeira posição e a segunda posição e transicionar o indicador entre o estado desativado e o estado ativado. A passagem atravessante é exposta a uma pressão de fluido no espaço anular entre o primeiro conduto de fluido e o alojamento.

[0005] Estas e outras necessidades da arte são tratadas em outra forma de realização por um sistema de perfuração que inclui um primeiro conduto, um segundo conduto configurado para girar em relação ao primeiro conduto, e um tubo de lavagem tendo um eixo geométrico central, uma primeira extremidade acoplada ao primeiro conduto e uma segunda extremidade acoplada ao segundo conduto com uma unidade de bucha. A unidade de bucha inclui um alojamento anular disposto sobre o tubo de lavagem, um primeiro anel de vedação radialmente posicionado entre o tubo de lavagem e o alojamento, um segundo anel de vedação radialmente posicionado entre o tubo de lavagem e o alojamento e axialmente afastado do primeiro anel de vedação, e uma cavidade de fluido radialmente posicionada entre o tubo de lavagem e o alojamento e axialmente posicionada entre o primeiro anel de vedação e o segundo anel de vedação. O sistema de perfuração também inclui um dispositivo de monitoramento de vedação autocontido, acoplado ao alojamento e exposto à pressão de fluido da cavidade de fluido. O dispositivo de monitoramento de vedação é configurado para prover uma indicação, em resposta a uma pressão de fluido predeterminada da cavidade de fluido.

[0006] Estas e outras necessidades da arte são tratadas em outra forma de realização por um método para identificar falha de uma vedação disposta entre um primeiro conduto de fluido e um alojamento rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido. Em uma forma de realização, o método inclui acoplar um dispositivo de monitoramento de vedação autocontido ao alojamento; prover comunicação para transferência de pressão entre o dispositivo de monitoramento de vedação e uma cavidade de fluido, posicionada entre o alojamento e o primeiro conduto de fluido; e prover uma indicação com o dispositivo de monitoramento de vedação em uma predeterminada pressão de fluido dentro da cavidade de fluido.

[0007] As formas de realização descritas aqui compreendem uma combinação de aspectos e vantagens destinados a tratar várias deficiências associadas com certos dispositivos anteriores, sistemas e métodos. As várias características descritas acima, bem como outros detalhes, serão prontamente evidentes para aqueles hábeis na arte quando da seguinte descrição detalhada e com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] Para uma descrição detalhada das formas de realização preferida descritas da invenção, referência será agora feita aos desenhos acompanhantes, em que: A Figura 1 é uma vista em elevação em seção transversal parcial, mostrando um sistema para perfurar um furo de sondagem, de acordo com princípios descritos aqui; A Figura 2 é uma vista em seção transversal esquemática parcial da unidade de tubo de lavagem da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em perspectiva da unidade de tubo de lavagem da Figura 2; A Figura 4 é uma vista em seção transversal parcial ampliada da unidade de tubo de lavagem da Figura 2; A Figura 5 é uma vista em seção transversal ampliada do alojamento de bucha de vedação inferior da Figura 4; A Figura 6 é uma vista em seção transversal ampliada do alojamento de bucha de vedação superior da Figura 4; A Figura 7 é uma vista lateral em seção transversal parcial ampliada da unidade de monitoramento de vedação e indicador de pressão autocontida da Figura 2; A Figura 8 é uma vista parcial esquemática do circuito elétrico da unidade de monitoramento de vedação e indicador de pressão autocontida da Figura 7; A Figura 9 é uma vista em seção transversal ampliada do corpo primário da unidade de monitoramento de vedação e indicador de pressão autocontida da Figura 7; A Figura 10 é uma vista em seção transversal ampliada do pistão da unidade de monitoramento de vedação e indicador de pressão autocontida da Figura 7; A Figura 11 é um fluxograma ilustrando um método de acordo com os princípios descritos aqui, para identificar a falha de uma vedação disposta entre um primeiro conduto de fluido e um alojamento rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido; e A Figura 12 é um fluxograma ilustrando um método de acordo com os princípios descritos aqui, para identificar a falha de uma vedação disposta entre um primeiro conduto de fluido e um alojamento rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO DESCRITAS

[0009] A seguinte descrição é exemplar da forma de realização preferida da invenção. Estas formas de realização preferida não são para ser interpretadas ou de outro modo usadas como limitantes do escopo da descrição, incluindo as reivindicações. Uma pessoa hábil na arte entenderá que a seguinte descrição tem ampla aplicação e a discussão de qualquer forma de realização tem a intenção de ser somente exemplar daquela forma de realização e não tem a intenção de sugerir de forma alguma que o escopo da descrição, incluindo as reivindicações, é limitado àquela forma de realização.

[00010] As figuras de desenho não são necessariamente em escala. Certos aspectos e componentes descritos aqui podem ser mostrados exagerados em escala ou em forma um tanto esquemática e alguns detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados no interesse da clareza e concisão. Em algumas das figuras, um ou mais componentes ou aspectos de um componente podem não ser exibidos ou podem não ter numerais de referência identificando os detalhes ou componentes que são identificados em outro lugar, a fim de melhorar a clareza e concisão da figura.

[00011] Os termos “incluindo” e “compreendendo” são aqui usados, incluindo nas reivindicações, em um modo ilimitado e, assim, devem ser interpretados significar “incluindo mas não limitado a ...”. Também o termo “acoplam” ou “acopla” é destinado a significar uma conexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro componente se acopla ou é acoplado a um segundo componente, a conexão entre os componentes pode ser através de um encaixe direto dos dois componentes, ou através de uma conexão indireta que é realizada via outros componentes, desvios e/ou conexões intermediários. Além disso, se a conexão transferir força ou sinais elétricos, quer analógicos ou digitais, o acoplamento pode compreender fios ou um modo de transmissão eletromagnética sem fio, por exemplo, frequência de rádio, micro-ondas, óptica ou outro modo. Assim também, o acoplamento pode compreender um acoplamento magnético ou qualquer outro modo de transferência conhecido na arte, ou o acoplamento pode compreender uma combinação de qualquer um destes modos. Além disso, como aqui usado, os termos “axial” e “axialmente” genericamente significa ao longo ou paralelo a um dado eixo geométrico (p. ex. eixo geométrico central de um corpo ou um orifício), enquanto os termos “radial” e “radialmente” genericamente significam perpendicular ao eixo geométrico. Por exemplo, uma distância axial refere-se a uma distância medida ao longo ou paralela ao eixo geométrico, e uma distância radial significa uma distância medida perpendicular ao eixo geométrico. Qualquer referência a para cima ou para baixo na descrição e nas reivindicações será feita para fins de clareza, com “cima”, “superior”, “para cima” ou “a montante” significando em direção à superfície do poço e com “baixo”, “inferior”, “a jusante” ou “a montante” significando em direção à extremidade do poço, independente da orientação do poço. Em algumas aplicações da tecnologia, as orientações dos componentes com respeito aos arredores podem ser diferentes. Por exemplo, os componentes descritos como faceando “para cima”, em outra implementação, podem facear para a esquerda, podem facear para baixo ou podem facear em outra direção.

[00012] Qualquer referência a uma direção relativa ou posição relativa, com respeito a um objeto, por exemplo, “topo”, “base”, “cima”, “para cima”, “esquerda”, “para a esquerda”, “embaixo”, “inferior” e “no sentido do relógio” é feita para fins de esclarecimento e pertence à orientação como mostrada. Se o objeto fosse visto por outra orientação, poderia ser apropriado descrever direção ou posição usando-se um termo alternativo.

[00013] É descrito um aparelho e sistema para monitorar vedações e pressão de fluido entre um primeiro conduto e um segundo conduto rotativamente montado sobre o primeiro conduto. Uma aplicação particular para o aparelho descrito aqui é como uma unidade de tubo usada na perfuração de poços de óleo e gás. Em tal aplicação, um pescoço de ganso inclui um conduto estacionário, que se estende em direção a e é alinhado com um segundo conduto estacionário, fazendo parte de uma unidade giradora rotativa, cuja outra extremidade é acoplada a um terceiro conduto, configurado para rotação. Este terceiro conduto acopla-se a, por exemplo, uma haste quadrada ou um tubo de perfuração. Durante operação, fluido de perfuração pressurizado, isto é, lama, é transportado através do pescoço de ganso e conduto estacionário e para dentro do conduto rotativo. A unidade descrita aqui interconecta os condutos alinhados e permite que o fluido de perfuração seja conduzido através deles mantendo uma vedação dinâmica quando um conduto gira e relação aos condutos fixos. A unida giradora rotativa compreende uma série de vedações anulares axialmente afastadas, sequencialmente ativadas e um dispositivo de monitoração de vedação autocontido e indicador de pressão ativado por um aumento da pressão do fluido. A ativação do indicador de pressão ocorre quando a vedação anular final da série recebe pressão de fluido, o que ocorre temporalmente próximo do ponto de falha da capacidade de vedação da unidade giradora rotativa.

[00014] Com referência agora à Figura 1, uma forma de realização de um sistema de perfuração 5, de acordo com os princípios descritos aqui, é esquematicamente mostrado. O sistema de perfuração 5 inclui uma torre de perfuração 404 suportado por uma plataforma de perfuração 402. A torre de perfuração 404 inclui um bloco de deslocamento 406 para elevar e abaixar uma coluna de perfuração 408. A plataforma 402 inclui um peso de perfuração 403 e suporta uma mesa giratória 412, seletivamente girada por um motor principal, tal como um motor elétrico. Uma haste quadrada 410 suporta a coluna de perfuração 408 quando ela é abaixada através da mesa giratória 412.

[00015] A coluna de perfuração 408 tem um eixo geométrico longitudinal 409 e inclui uma pluralidade de juntas de tubos de perfuração 418 acopladas juntas extremidade-com-extremidade, uma unidade de fundo de poço (BHA) 442 acoplada à extremidade inferior das juntas 418 e uma broca 414 acoplada à BHA 442. Durante as operações de perfuração, a broca 414 é girada com peso sobre a broca aplicado para perfurar um poço de sondagem 416 tendo um eixo geométrico central 417 e atravessando múltiplas formações ou zonas de subsuperfície 426, 427. O peso sobre a broca, que impacta a taxa de penetração da broca 414 através da formação 426, 427, é controlado por um guindaste 436, incluindo um controlador de motor. Embora a coluna de perfuração 408 e a broca 414 sejam giradas pela superfície com a mesa giratória 412 nesta forma de realização, em outras formas de realização a coluna de perfuração (p. ex., coluna de perfuração 408) e a broca (p. ex., broca 414) são giradas com uma transmissão de topo e ou um motor de lama de fundo de poço.

[00016] Com referência ainda à Figura 1, o furo de sondagem 408 penetra em uma formação, zona ou reservatório de superfície, tal como reservatório 411 da formação de subsuperfície 427. Durante as operações de perfuração, um fluido de perfuração adequado 421, também referido como lama ou lama de perfuração, em um tanque de lama 424, é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 408 por uma bomba de lama 420. Em particular, a lama 421 é bombeada pela bomba de lama 420 através de uma linha de fluido 422, uma unidade de tubo de lavagem 10 e a haste quadrada 410 coluna de perfuração abaixo 408. A lama 421 é descarregada no fundo do furo de sondagem através dos bocais da broca 414. A lama421 circula para a superfície através da coroa anular 440 entre a coluna de perfuração 408 e a parede lateral do furo de sondagem 416, e retorna pra o tanque de lama 424 via um sistema de controle de sólidos (não mostrado) e uma linha de retorno 425. A lama 421 transporta aparas do furo de sondagem 416 e esfria a broca 414. O sistema de controle de sólidos substancialmente separa as aparas da lama 421 na superfície e pode incluir hardware tal como agitadores de xisto, centrífugas e sistemas aditivos químicos automatizados.

[00017] O sistema de controle de perfuração 428 comunica-se com e recebe saídas de vários sensores 455 e comunica-se com e remete comandos para vários acionadores (não mostrados) via conexão de acoplamento 432, que pode ser com fio ou sem fio. A conexão 432 inclui uma unidade repetidora de topo de poço 433, disposta adjacente à haste quadrada 410. O sistema de controle de perfuração 428 também avalia e controla o desempenho da perfuração e as condições do furo de sondagem. Os sensores 455 monitora a pressão, temperatura, velocidade rotacional, torque do motor, peso-sobre-a-broca e outros parâmetros para o sistema de perfuração 5. Um sensor de fluido 457, disposto na linha de fluido 422, mede e provê informação acerca da taxa de fluxo e pressão do fluido de perfuração.

[00018] O sistema de controle de perfuração 428 é acoplado ao computador externo ou redes de comunicação, incluindo a internet (p. ex., a world-wide-web) via um acoplamento com fio ou sem fio, por exemplo, antena 429 nesta forma de realização. A conexão pode ser compatível Ethernet, pode usar tecnologia telefônica celular ou pode usar qualquer outra tecnologia de comunicação conhecida na arte.

[00019] Com referência agora à Figura 2, a unidade de tubo de lavagem 10 é esquematicamente mostrada. A unidade 10 tem um eixo geométrico central 135 e é posicionada entre um primeiro conduto 18 e um segundo conduto 20. Em geral, a unidade de tubo de lavagem 10 permite que o segundo conduto 20 gire em relação ao primeiro conduto 18, enquanto a lama de perfuração 421 flui do primeiro conduto 18 para o segundo conduto 20. Assim, a unidade de tubo de lavagem 10 coloca os condutos 18, 20 em comunicação fluida enquanto permitindo rotação relativa entre eles. O conduto 18 pode também ser referido como “pescoço de ganso” porque o conduto 18 inclui um arco que é, neste exemplo, um arco de 180 graus.

[00020] A unidade de tubo de lavagem 10 inclui um conduto de fluido ou tubo de lavagem 16, tendo extremidades acopladas aos condutos 18, 20, uma unidade de gaxeta inferior 12 estendendo-se entre o tubo de lavagem 16 e o conduto20, uma unidade de gaxeta superior 14 estendendo-se entre o tubo de lavagem 16 e o conduto 18 e uma unidade de monitoramento e indicadora de pressão autocontida 200, acoplada à unidade de gaxeta inferior 12. O tubo de lavagem 16 fica coaxialmente dentro da unidade 10 e, assim, compartilha o eixo geométrico central 135 com a unidade 10. A unidade de gaxeta superior 14 coaxialmente alinha e acopla a extremidade superior 16 a uma extremidade do primeiro conduto 18. A unidade de gaxeta inferior 12 coaxialmente alinha e acopla a extremidade inferior do tubo de lavagem 16 à extremidade superior do conduto rotativo 20. Nesta forma de realização, a unidade de gaxeta inferior 12 rosqueadamente conecta-se ao conduto rotativo 20 e a unidade de gaxeta inferior é rotativamente disposta sobre a extremidade inferior do tubo de lavagem 6. Como será descrito mais detalhadamente abaixo, a unidade de gaxeta superior 14 veda entre a extremidade superior do tubo de lavagem 16 em uma extremidade do primeiro conduto 18, e a unidade de gaxeta inferior 12 veda entre a extremidade inferior do tubo de lavagem 16 à extremidade superior do conduto rotativo 20. Por conseguinte, as unidades de gaxeta 12, 14 podem também ser referidas como unidades de vedação.

[00021] Com referência agora às Figuras 3 e 4, uma porca de gaxeta inferior 13 é disposta sobre a unidade de gaxeta inferior 12 e inclui uma região internamente rosqueada 51, que rosqueadamente encaixa nas roscas externas de união providas na extremidade superior do conduto rotativo 20 anteriormente descrito. Quando a porca 13 é apertada sobre o conduto 20, a unidade de gaxeta inferior 2 é comprimida em encaixe com a extremidade superior do conduto 20. Nesta forma de realização, a porca de gaxeta inferior 13 é um componente de duas peças, incluindo uma parte de luva 60 e uma parte de colar 61 acoplada à extremidade superior da parte de luva 60. A parte de colar 61 inclui dois segmentos de colar semicirculares 62a, 62b, que são presos à parte de luva 60 pelo prendedor 63, como mostrado na Figura 3. Cada segmento de colar semicircular 62a, 62b tem uma maçaneta 65 que facilita o movimento axial da unidade de gaxeta inferior 12 e porca de gaxeta 13 relativa ao tubo de lavagem 16, durante a conexão da unidade de tubo de lavagem 10 ao conduto 20. Além disso, a parte de luva 60 da porca de gaxeta inferior 13 inclui uma pluralidade de rebaixos de encaixe de ferramenta circunferencialmente afastados 37, que facilitam a rotação da porca de gaxeta 13 no rosqueamento e desenrosqueamento da porca 13 sobre a extremidade superior do conduto 20.

[00022] Com referência agora às Figuras 4 e 5, nesta forma de realização, a unidade de gaxeta inferior 12 inclui um alojamento de gaxeta inferior 22, um anel fixador 24, um par de anéis espaçadores intermediários 26, 27, um anel espaçador superior 28 e uma pluralidade de vedações resilientes anulares ou anéis de vedação 30. O alojamento de gaxeta inferior 22 inclui uma parte de base ou flange 23 e uma parte de luva cilíndrica 25 estendendo-se axialmente dali. As partes de luva 25 têm uma superfície interna genericamente cilíndrica 32 e uma superfície externa genericamente cilíndrica 33. Um flange anular 38 estende-se radialmente para fora da superfície externa 33. Quatro orelhas uniforme e circunferencialmente afastadas 36 estendem-se axialmente da parte de base 23.

[00023] Anéis 24, 26, 27, 28, 30 são dispostos em uma pilha axial dentro do alojamento 22. Mais especificamente, movendo-se axialmente pra baixo através do alojamento 22, a pilha inclui um primeiro anel de gaxeta 30, o anel espaçador superior 28, um segundo anel de gaxeta 30, um anel espaçador intermediário 27, um terceiro anel de gaxeta 30, o segundo anel espaçador intermediário 26, um quarto anel de gaxeta 30 e o anel fixador 24. Assim, um anel de gaxeta 30 é disposto no topo da pilha, o anel fixador 24 é disposto na base da pilha e um anel espaçador 26, 27, 28 é posicionado entre cada par de anéis de gaxeta 30 axialmente adjacentes. Assim, nesta forma de realização, quatro anéis de gaxeta resilientes anulares 30 são providos dentro do alojamento 22. Para fins de clareza e mais explicação, os quatro anéis de vedação 30 são também designados com os numerais de referência 30A, 30B, 30C, 30D. Em outras formas de realização, mais ou menos do que quatro anéis de gaxeta (p.ex., anéis 30) podem ser providos na unidade de gaxeta inferior (p.ex., a unidade de gaxeta inferior 12).

[00024] O anel de fixação 24 é atarraxado no alojamento 22, desse modo axialmente comprimindo e mantendo o arranjo empilhado dos anéis 24, 26, 27, 28, 30 dentro do alojamento 22. Em particular, a superfície interna 32 do alojamento inferior 22 inclui uma parte rosqueada interna 34, que encaixa nas roscas de união formadas sobre a superfície radialmente externa do anel de vedação de base rosqueado 24. O anel fixador 24 tem uma face de extremidade inferior 35com um sulco ou gaxeta anular 39 e uma pluralidade de furos de encaixe de ferramenta circunferencialmente afastados 41. Uma vedação de anel-O anular 40, colocada dentro da gaxeta 39, forma uma vedação anular com a extremidade superior do conduto 20, quando a unidade de gaxeta inferior 12 é acoplada nela.

[00025] Uma zona ou cavidade de fluido anular 31 é axialmente posicionada entre cada anel 24,26,27, 28 e o anel de gaxeta axialmente adjacente 30A, 30B, 30C, 30D, respectivamente. Assim, quatro zonas de fluido ou cavidades de fluido anulares 31 são providas dentro do alojamento 22 sobre o tubo de lavagem 16 (Figura 4). Para fins de clareza e mais explicação, as cavidades de fluido 31 são também designadas com os numerais de referência 31A, 31B, 31C, 31D - cavidade de fluido anular 31A é axialmente disposta entre o anel fixador rosqueado 24 e o primeiro anel de gaxeta resiliente anular 30A, a cavidade de fluido anular 31B é axialmente disposta entre o anel espaçador 26 e o anel de gaxeta 30B, a cavidade de fluido anular 31C é axialmente disposta entre o anel espaçador 27 e o anel de gaxeta 30C, e a cavidade de fluido anular 31D é axialmente disposta entre o anel espaçador 28 e o anel de gaxeta 30D.

[00026] Com referência inda às Figuras 4 e 5, uma passagem140 estende-se radialmente através das partes de luva 25 do alojamento 22 e anel de gaxeta 28. A passagem 140 fica em comunicação fluida com a cavidade de fluido anular 31D imediatamente embaixo do anel de gaxeta mais superior 30D. A unidade de monitoramento e indicadora de pressão de vedação 200 é acoplada o alojamento 22 e colocada em comunicação fluida com a passagem 40 e cavidade de fluido 31D. Assim, o fluido e pressão de fluido são livremente transmitidos entre a cavidade de fluido 31D e a unidade 200. Nesta forma de realização, a unidade 200 é rosqueada na passagem 140. Um batente 21 é provido sobre o lado externo do alojamento 22, para evitar colisão com e possível avaria da unidade 200, quando a porca de gaxeta inferior 13é axialmente elevada em relação ao alojamento 22.

[00027] Como melhor mostrado na Figura 4, quando a unidade de tubo de lavagem 10 é montada, o alojamento 22 é rotativamente disposto sobre o tubo de lavagem 16 e os anéis 24, 26, 27, 28, 30 são dispostos em uma cavidade ou espaço anular 19, radialmente posicionado entre o tubo de lavagem 16 e o alojamento 22. Os anéis 24, 26, 27, 28 formam vedações anulares estáticas com o alojamento 22 e anéis 30 e os anéis 30 deslizavelmente encaixam e formam vedações dinâmicas anulares com o tubo de lavagem 16. Além disso, a vedação 40 forma uma vedação estática anular com o anel 24 e uma vedação estática anular com a extremidade superior do conduto 20. Por conseguinte, os anéis 24,26,27, 28, 30 e a vedação 40 pode genericamente ser descrita como uma unidade de vedação 70 da unidade de gaxeta inferior 12.

[00028] Com referência ainda à Figura 4, os anéis 24, 26, 27, 28, 30 são sequencialmente umedecidos, com base em sua posição axial, quando a unidade de tubo de lavagem 10 envelhece com o uso. Em particular, durante operações de perfuração, a lama de perfuração pressurizada flui do conduto 20 pra o tubo de lavagem 16. O anel de gaxeta resiliente 30A é mais proximal da região rosqueada 51 e a extremidade inferior do tubo de lavagem 16 e, assim, o anel de gaxeta 30A, é o primeiro anel 30 exposto à e energizado pela lama de perfuração pressurizada, fluindo do conduto 20 para dentro do tubo de lavagem 16. Com o anel de gaxeta 30A energizado e formando uma vedação dinâmica com o tubo de lavagem 16 e uma vedação estática com o anel 24, as vedações restantes 30B, 30C, 30D são isoladas do fluido de perfuração pressurizado. Entretanto, quando da falha do anel de gaxeta 30A, o anel de gaxeta 30B é então exposto à e energizado pela lama de perfuração pressurizada, escoando do conduto 20 para o tubo de lavagem 16. Com o anel de gaxeta 30B energizado e formando uma vedação dinâmica com o tubo de lavagem 16 e uma vedação estática com o anel 26, as vedações restantes 30C, 30D são isoladas do fluido de perfuração pressurizado. Entretanto, na falha do anel de gaxeta 30B, o anel de gaxeta 30C é então exposto à e energizado pela lama de perfuração pressurizada fluindo do conduto 20 para dentro do tubo de lavagem 16. Com o anel de gaxeta 30C energizado e formando uma vedação dinâmica com o tubo de lavagem 16 e uma vedação estática com o anel 27, a vedação restante 30D é isolada do fluido de perfuração pressurizado. Entretanto, na falha do anel de gaxeta 30C, o anel de gaxeta 30D é então exposto a e energizado pela lama de perfuração pressurizada escoando do conduto 20 pra o tubo de lavagem 16. Assim, o anel de gaxeta 30D é exposto a e energizado pelo fluido de perfuração pressurizado somente após falha dos anéis de gaxeta30A, 30B, 30C. Em outras palavras, o anel de gaxeta resiliente 30D provê uma barreira a perda de fluido após os outros anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C terem falhado. Uma vez a unidade 200 esteja em comunicação fluida com a cavidade de fluido anular 31D, via a passagem 140, quando da falha dos anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C, a unidade 200 é exposta à pressão de fluido da lama de perfuração no tubo de lavagem 16 e conduto 20.

[00029] Com referência agora às Figuras 4 e 6, a unidade de gaxeta superior 14 inclui um alojamento de gaxeta superior 42, um anel de fixação superior rosqueado 43 disposto dentro do alojamento 42 e anel de gaxeta resiliente anular 44, disposto dentro do alojamento 42, axialmente adjacente ao anel de fixação 43. O alojamento de gaxeta superior 42 inclui uma base ou parte de flange 45 e uma parte cilíndrica 46 estendendo-se axialmente dela. O alojamento de gaxeta superior 42 inclui superfícies interna e externa genericamente cilíndricas 47, 48, respectivamente. A superfície interna 47 inclui uma região internamente rosqueada 49 ao longo da parte 46 que rosqueadamente encaixa nas roscas externas de união providas na extremidade inferior do conduto 18 anteriormente descrito, desse modo acoplando a unidade de gaxeta superior 14 ao conduto 18. A superfície interna 47 inclui ainda um segundo segmento rosqueado 50, adjacente à base 45 para rosqueadamente encaixar nas roscas externas de união providas no anel de fixação superior 43. A superfície externa 48 da parte de base 45 inclui quatro orelhas estendendo-se para baixo 52 e uma pluralidade de rebaixos encaixe de ferramenta circunferencialmente afastados 53, estendendo-se radialmente para dentro a partir da superfície externa 48.

[00030] Na montagem, o anel de gaxeta 44 é posicionado axialmente adjacente à parte de base 45 do alojamento de gaxeta superior 42 e o anel de fixação superior 43 é atarraxado no alojamento 42. A face extrema superior 54 do anel de fixação superior 43 inclui uma gaxeta ou sulco de vedação anular 55, dentro do qual uma vedação de anel-O 56 é disposta. Também incluídos na face extrema superior 54 há uma pluralidade de furos de encaixe de ferramenta uniforme e circunferencialmente afastados 57, o que facilita o encaixe e rotação do anel de fixação 43 durante a montagem da unidade de gaxeta superior 14.

[00031] Com referência brevemente às Figuras 3 e 4, a extremidade superior do tubo de lavagem 16 inclui uma pluralidade de orelhas laminadas circunferencialmente afastadas 90. Durante a montagem da unidade de gaxeta superior 14, um colar de orelhas 95 é disposto dentro do alojamento de gaxeta superior 42 axialmente adjacente ao anel de fixação 43. A superfície radialmente interna do colar de orelhas 95 inclui uma pluralidade de orelhas circunferencialmente afastadas, dimensionadas e posicionadas para deslizavelmente encaixar nas fendas estendendo-se axialmente entre as orelhas 90 do tubo de lavagem 16 e um sulco anular 92 em sua face extrema superior. O colar de orelhas 95 é montado na extremidade superior 16 do tubo de lavagem 16, via encaixe deslizante das orelhas 90 e orelhas de união do colar de orelhas 95, e então um anel de pressão 93 é disposto dentro do sulco 92 sobre o tubo de lavagem 16, entre as orelhas 90 e as orelhas de união do colar de orelhas 95, para limitar o movimento axial do colar de orelhas 95. Uma vedação de anel-O anular superior 98 é disposta em um sulco de vedação anular 99, formado na superfície superior do colar de orelhas 95. Quando a unidade de gaxeta superior 14é atarraxado sobre a extremidade inferior do conduto 18, a vedação 56 é comprimida contra a face extrema oposta do colar de orelhas 95, e a vedação 98 é comprimida contra a face extrema oposta do conduto 18.

[00032] Com referência agora às Figuras 4 e 7, a unidade de monitoramento de vedação e indicadora de pressão 200 compreende um encaixe-T 210, uma graxeira 29, um encaixe cotovelo 220 e um dispositivo de monitoramento de vedação autocontido 230. O encaixe-T 210 compreende uma primeira extremidade internamente rosqueada 211, uma segunda extremidade internamente rosqueada 212, uma terceira extremidade externamente rosqueada 213 e uma passagem de fluxo interna 215, estendendo-se entre cada extremidade 211, 212, 213. O cotovelo 220 compreende duas extremidades externamente rosqueada222 e uma passagem de fluxo central 225, estendendo-se entre as extremidades 222. Nesta forma de realização, cada conjunto de roscas providas na montagem 200 são roscas de tubo afiladas, que apertam quando as roscas de união macho e fêmea se encaixam, desse modo permitindo que pressão seja mantida sem uma gaxeta de vedação ou um anel-O. Entretanto, em algumas outras formas de realização, outros tipos de roscas, vedações, gaxetas ou suas combinações são empregados.

[00033] A graxeira 29 é atarraxada na extremidade 212 e permite injeção de uma direção de graxa dentro da unidade 200. Por exemplo, como mostrado na Figura 4, a graxa pode ser injetada dentro da unidade de gaxeta inferior 12 via o encaixe 29 e passagens 215, 225, 140, para lubrificar entre o tubo de lavagem 6 e as superfícies de vedação 30. Nesta forma de realização, o encaixe de graxa 29 é um encaixe padrão incluindo uma válvula de retenção para permitir que graxa seja injetada na montagem 200 e na unidade de gaxeta inferior 12, porém limitar a saída de graxa da unidade 200 e unidade de gaxeta inferior 12, via a graxeira 29. Embora a unidade 200 seja provida com graxeira 29, nesta forma de realização, em outras formas de realização a graxeira (p. ex., graxeira 29) não é incluída com a unidade de monitoramento de vedação (p. ex., unidade 200), porém sem dúvida, acoplada à unidade de gaxeta inferior (p. ex., unidade de gaxeta inferior 12) em outro local selecionado, a fim de injetar graxa dentro da unidade de gaxeta inferior 12 naquele local selecionado.

[00034] Com referência ainda à Figura 7, o dispositivo de monitoramento de vedação autocontido 230 é um dispositivo energizado por bateria, que responde a um aumento suficiente da pressão de fluido dentro da passagem 140 (via passagens intermediárias 225, 215), indicativo da falha dos anéis de vedação 30A, 30B, 30C emitindo um sinal detectável. Nesta forma de realização, o dispositivo de monitoramento de vedação 230 emite um sinal visual para observação pelos operadores do sistema de perfuração 5, independente de outro equipamento. Uma vez o dispositivo 230 é energizado por bateria e provê um indicador visual, cabos de força, dados, e cabos/fios de comunicação de sinal são necessários, desse modo possibilitando o dispositivo 230 de ser “autocontido”, bem como eliminando o risco de tais cabos/fios interferirem com o equipamento rotativo próximo.

[00035] Nesta forma de realização, o dispositivo 230 compreende um corpo genericamente cilíndrico 240, um pistão 260, deslizavelmente disposto no corpo 240, um membro de solicitação resiliente 275, posicionado no pistão 160 adjacente ao corpo 240, e uma unidade emissora ou sinalizadora 280. Como melhor mostrado na Figura 9, o corpo 240 tem um eixo geométrico central 241, uma primeira extremidade internamente rosqueada 242, uma segunda extremidade externamente rosqueada 243 oposta à primeira extremidade 242, uma parte intermediária 244 entre as extremidades 242, 243, e uma passagem atravessante 250, estendendo-se axialmente da primeira extremidade 242 para a segunda extremidade 243. A passagem atravessante 250 inclui um primeiro segmento de passagem internamente rosqueado 246, estendendo-se axialmente através da primeira extremidade 242, um segundo segmento de passagem 247, estendendo-se axialmente do segmento de passagem 246, um terceiro segmento de passagem 248 estendendo-se do segundo segmento de passagem 247, e um quarto segmento de passagem 249, estendendo-se do terceiro segmento de passagem 248 através da extremidade 243. O primeiro segmento de passagem 246 tem um primeiro diâmetro, o segundo segmento de passagem 247 tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro, o terceiro segmento de passagem 248 tem um terceiro diâmetro que é menor do que o segundo diâmetro, e o quarto segmento de passagem 249 tem um quarto diâmetro que é menor do que o terceiro diâmetro. Assim, as passagens 246, 247, 248, 249 têm progressivamente menores diâmetros e progressivamente menores diâmetros resultam na formação de múltiplos ressaltos anulares, localizados nas interseções de passagens axialmente adjacentes 246, 247, 248, 249. Por exemplo, o corpo 240 inclui um ressalto anular interno 251 na interseção de segmentos de passagem 248, 249. Assim, o corpo 240 é uma estrutura genericamente tubular, incluindo uma pluralidade de furos cilíndricos ou segmentos de passagem 246, 247, 248, 249, interconectados, coaxialmente alinhados, estendendo-se entre as extremidades 242, 243.

[00036] A parte central 244 tem um diâmetro externo que é maior do que o diâmetro externo das extremidades 242, 243, desse modo resultando em ressaltos anulares no lado externo do corpo 240 na interseção da parte central 244 com cada extremidade 242, 243. Em particular, um ressalto anular 245 é posicionado ao longo da superfície de corpo radialmente externa 240, na interseção da parte central 244 e extremidade 243. Nesta forma de realização, a superfície externa da parte central 244 compreende uma pluralidade de superfícies planas circunferencialmente adjacentes, que definem uma superfície hexagonal para encaixe de ferramenta.

[00037] Com referência agora às Figuras 7 e 10, o pistão 260 tem um eixo geométrico central 261, uma primeira parte cilíndrica 262 estendendo-se axialmente de uma primeira extremidade 264 e uma segunda parte cilíndrica 268 estendendo-se axialmente da extremidade oposta 263 para a primeira parte 262. A superfície radialmente externa da primeira parte 262 inclui um rebaixo anular ou sulco 266, dentro do qual uma vedação anular 269 é colocada. Como mostrado na figura 7, a vedação 269 forma uma vedação estática anular 262 e uma vedação dinâmica anular com o corpo 240, desse modo restringindo e/ou evitando que fluido escoe entre o pistão 260 e o corpo 240. Além disso, a primeira parte 262 tem um diâmetro externo que é maior do que o diâmetro externo da segunda parte 262, resultando em um ressalto anular 265 na interseção das partes 262, 268.

[00038] Com referência agora às Figuras 7 e 8, a unidade de sinalização 280 tem um eixo geométrico central 281 e inclui um corpo de sinal 282, uma lente 285 acoplada ao corpo 282 e um circuito elétrico 290 disposto dentro do corpo 282. O corpo 282 tem uma extremidade de conexão 283 acoplada ao corpo 240, e a lente 285 é fixada na extremidade oposta 283 ao corpo 282. Nesta forma de realização, a extremidade de conexão 283 inclui um orifício internamente rosqueado 284, que recebe de forma atarraxada a extremidade rosqueada 243 do corpo 240.

[00039] O circuito elétrico 290 inclui uma bateria 287, uma pluralidade de indicadores 292, uma placa de circuito 293 e um comutador elétrico 295, eletricamente acoplada às luzes 292 e à placa de circuito 293. Nesta forma de realização, os indicadores 292 são luzes e, mais particularmente, são diodos emissores de luz (LEDs), que servem como indicadores visuais. Os indicadores 292 têm um estado energizado ou ativado e um estado desenergizado ou desativado, por exemplo, iluminado e não iluminado, respectivamente.

[00040] Os indicadores 292 são transicionados entre os estados ativados e desativados pelo comutador 295. Em particular, o comutador 295 tem um indicador de colocação de primeira posição 292 no estado desativado e um indicador de colocação de segunda posição 292 no estado ativado. Nesta forma de realização, o comutador 295 inclui um contato elétrico 296, um membro de solicitação 297 (p. ex., uma mola), e uma bateria conformada em disco 287. O membro de solicitação 297 propende a bateria 287 para longe do contato elétrico 296 e para encaixe com um ressalto anular interno 286, disposto sobre o orifício 284. Quando a bateria 287 não encaixa no contato elétrico 296, os indicadores 292 são desativados. Entretanto, quando a força de solicitação gerada pelo membro de solicitação 297 é superada pela pressão do fluido dentro das passagens 140, 216, 225 e a bateria 287 é movida axialmente para longe do ressalto 286 e para encaixe com o contato elétrico 296, os indicadores 292 são transicionados para o estado ativado. Assim, o comutador 295 pode ser descrita como tendo uma primeira posição com a bateria 287 afastada de contato 296 (indicadores 292 no estado desativado), e uma segunda posição com contato 296 de encaixe com a bateria 287 (indicadores 292 no estado ativado).

[00041] A placa de circuito 293 é acoplada à comutador 295 e influencia o estado do indicador 292. Por exemplo, a placa de circuito 293 pode ser configurada de modo que os indicadores 292 permanecem firmemente ativados enquanto o comutador 295 permanece em sua segunda posição, ou configurada para alterar o sinal produzido pelo indicador 292, enquanto o comutador 295 permanece em sua segunda posição (p. ex., os indicadores 292 acendem e apagam enquanto o comutador 295 permanece em sua segunda posição). Em algumas formas de realização, a placa de circuito 293 é eliminada.

[00042] Com referência ainda à Figura 7, quando o dispositivo de monitoramento de vedação autocontido 230 é montado, através da passagem 250 do corpo primário 240, deslizavelmente recebe o pistão 260 com a primeira parte 262 disposta dentro do segmento da terceira passagem 248 e a segunda parte 268 parcialmente disposta dentro do segmento da quarta passagem 249. A segunda parte 268 é axialmente extensível através e além do segmento da quarta passagem 249. O membro de solicitação 275 é axialmente posicionado entre os ressaltos 251, 265 do corpo 240 e pistão 260, respectivamente. Nesta forma de realização, o membro de solicitação 275 é uma mola resiliente, disposta sobre a segunda parte 268. A vedação 269 é disposta no sulco 266 e deslizavelmente encaixa no corpo 240. Além disso, a extremidade 243 do corpo 240 é atarraxada no orifício 284, até o corpo 282 axialmente contatar o ressalto 245. Com o membro de solicitação 275 relaxado (isto é, não comprimido), a extremidade de pistão 263 é genericamente rente com a extremidade 243 do corpo 240 e ressalto 286 e a extremidade de pistão 264 é posicionada axialmente adjacente ao segundo segmento de passagem 247 sem estender-se para dentro do primeiro segmento de passagem 246; esta é a posição de repouso do pistão 260. Quando o pistão move-se mais próximo da extremidade 243 em uma direção para a direita 257, paralela ao eixo geométrico 241, o membro de solicitação 275 exerce uma força para opor-se a tal movimento e para retornar o pistão 260 para a posição de repouso mostrada na Figura 7. Desta maneira, o membro 275 propende o pistão 260 axialmente para a primeira extremidade 242 do corpo 240. Para vedar a unidade de monitoramento 200, a extremidade 213 do encaixe em T 210 é atarraxada na extremidade 242 do corpo 240, a extremidade 222 do cotovelo 229 é atarraxada na extremidade 211 do encaixe em T 210 e a graxeira 29 é atarraxada na extremidade 212. Como mostrado na Figura 7, a terceira extremidade 213 do encaixe em T 210 é dimensionada de modo que não se estenda para dentro do segundo segmento de passagem 247. Além disso, o diâmetro do segmento de passagem 215 da terceira extremidade 213 é menor do que o diâmetro externo da primeira parte 262 do pistão 260, desse modo limitando a extensão do movimento axial para a esquerda do pistão 260, de modo que pelo menos uma parte da segunda parte 268 permanece dentro do segmento da quarta passagem 249 do corpo primário 240.

[00043] A Figura 7 mostra uma câmara 255 estendendo-se axialmente da primeira extremidade 242 do corpo 240 para o pistão 260. A câmara 255 inclui uma parte da passagem atravessante 250, tal como o segundo segmento de passagem 247, e a câmara 255 sobrepõe-se a uma parte do segmento de passagem 215, localizado na terceira extremidade 213 do encaixe em T 210.

[00044] Com referência às Figuras 4 e 7, com a unidade 200 acoplada à unidade de gaxeta inferior 12, os segmentos de passagem 215, 225, 140 e câmara 255, ficam em comunicação fluida com a cavidade de fluido anular 31D, axialmente adjacente ao anel de gaxeta adjacente 30D. Portanto, pelo menos uma parte da passagem atravessante 250 fica em comunicação fluida com o espaço anular 19, entre o tubo de lavagem 16 e o alojamento de gaxeta inferior 22. Em um mínimo, a câmara 255 é exposta à pressão de fluido da cavidade de fluido anular 31D e, portanto, a passagem atravessante e pistão 260 são expostos à pressão do fluido na passagem 140 e cavidade 31D. Além disso, o pistão 260 é configurado para mover ou, mais especificamente, para transladar axialmente dentro da passagem atravessante 250 do corpo 240, em resposta a um diferencial de força desenvolvido pela pressão do fluido atuando em uma direção e a força de solicitação atuando na direção oposta ao longo do eixo geométrico de pistão 261. A pressão do fluido na câmara 255 atua sobre o pistão 260 em uma direção para a direita 257, e a força de solicitação atua sobre o pistão axial em uma direção à esquerda 258. A força de solicitação é provida pela combinação do membro de solicitação 275 e o membro de solicitação 297 quando a pressão de fluido na câmara 255 exerce uma força contra a extremidade de pistão 264. Quando a pressão do fluido na câmara 255 é suficiente para superar a força de solicitação do pistão, o pistão 260 começa a transladar axialmente na direção à direita 257 e começa a empurrar a bateria 287 axialmente para longe do ressalto 286. Se a pressão do fluido na cavidade de fluido 31D e na câmara 255 for suficientemente grande, o pistão 260 empurra a bateria 287 para encaixe com o contato elétrico 296, desse modo ativando os indicadores 292. Quando a pressão na câmara 255 exerce uma força menor do que a força de solicitação dos membros de solicitação 275, 297, o pistão 260 permanece ou retorna para a posição representada na Figura 7, e o pistão 260 transiciona a bateria 287 para fora de encaixe com o contato elétrico 296, auxiliado pelo membro de solicitação 297. Portanto, o pistão 260 é configurado para transladar axialmente para a passagem atravessante 250 do corpo 240, para transicionar o comutador 295 entre a primeira posição e a segunda posição do comutador e para transicionar os indicadores 292 entre o estado desativado e o estado ativado. Desta maneira, o dispositivo de monitoramento de vedação 230 é configurado para prover indicação, isto é, ativação dos indicadores 292, quando da falha do anel de gaxeta 30C.

[00045] Com referência agora às Figuras 7 e 10, deve ser apreciado que o diâmetro da primeira parte de pistão 262 e primeira extremidade 264, o comprimento e a constante de mola do membro de solicitação 275, e o comprimento e a constante de mola do membro de solicitação 297 podem ser selecionados de modo que a bateria 287 encaixe no contato 296 e ative os indicadores 292, em resposta a uma predeterminada pressão de fluido na cavidade de fluido 31D dentro do espaço anular 19. Assim, o dispositivo de monitoramento de vedação 230 é configurado para ser ativado e prover uma indicação quando a pressão do fluido exerce uma força sobre a extremidade de pistão 264, que excede a força de solicitação dos membros de solicitação 275, 297.

[00046] O comprimento da segunda parte de cilindro 268 sobre o pistão 260 em relação ao comprimento do quarto segmento de passagem 249 pode também ser variado, para determinar ou para estabelecer a primeiro fluido predeterminada para a cavidade de fluido 31D, que faz com que os indicadores 292 transicionem entre os estados ativado e desativado. Por exemplo, em algumas formas de realização, a parte de pistão 268 é mais curta do que mostrado na Figura 7 e a extremidade de pistão 263 não é rente com a extremidade 243 do corpo 240 na posição de repouso do pistão. Geralmente, o pistão 260 está em sua posição de repouso quando uma pressão nominal, menor do que a pressão de fluido predeterminada existe dentro da cavidade de fluido 31D e câmara 255. Em alguns exemplos, a pressão nominal é, por exemplo, pressão atmosférica. Quando a pressão de um fluido maior do que a pressão nominal desenvolve-se na cavidade de fluido 31E e câmara 255, os membros de solicitação 275, 297 serão comprimidos pelo pistão 260 e desenvolverão uma força resistiva, mesmo antes de a extremidade de pistão 263 transladar suficientemente para primeiro contatar o comutador 295, isto é, bateria 287. Em tais formas de realização, uma faixa de mais baixas pressões de fluido não pode ativar os indicadores 292, enquanto uma mais elevada pressão de fluido pode prover força adicional contra os membros de solicitação 275, 297, finalmente fazendo com que o pistão 260 contate e mova o comutador 295 para ativar os indicadores 292.

[00047] Com referência agora às Figuras 2 e 4, como anteriormente descrito, a unidade de tubo de lavagem 10, incluindo uma unidade indicadora de pressão autocontida 200, é disposta entre o conduto 18 e o conduto rotativo 20. Durante as operações de perfuração com o sistema 5, lama de perfuração pressurizada 421 é bombeada através do conduto 18, a unidade 10 e conduto 20. A lama de perfuração pressurizada 421 energiza o anel de gaxeta 44 da unidade de gaxeta superior 14, bem como o primeiro anel de gaxeta 30A. Inicialmente, quando todos os anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C, 30D estão totalmente intactos (isto é, nenhum dos anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C, 30D falharam ou foram comprometidos), a lama de perfuração pressurizada 421 contata e energiza o anel de gaxeta 30A mais inferior, porém não contata ou energiza os anéis de gaxeta a jusante restantes 30B, 30C, 30D. Quando as operações continuam, os anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C sequencialmente começam a falhar, isto é, a vazar, permitindo que a lama de perfuração pressurizada 421 contate e energize o subsequente anel de gaxeta a jusante 30B, 30C, 30D. Uma vez os anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C tenham falhado, lama de perfuração pressurizada 421 enche a cavidade de fluido 31D, contata e energiza o anel de gaxeta 30D e flui através dos segmentos de passagem 140, 225, 215, 247 para o pistão 260. Assim, na falha dos anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C, o pistão 260 é exposto à pressão de fluido da lama de perfuração 421. O diâmetro da primeira parte 262 e extremidade 264, o tamanho da constante de mola do membro de solicitação 275 e o tamanho e a constante de mola do membro de solicitação que propende a bateria 287 para o ressalto 286 são feitos sob medida e selecionados de modo que a bateria 287 seja eletricamente acoplada aos LEDs quando o pistão 260 é exposto à lama de perfuração pressurizada 421, desse modo iluminando os LEDs e provendo uma indicação visual de que os anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C falharam e manutenção deve ser realizada para substituir os anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C antes da falha do anel de gaxeta 30D. Provendo-se um aviso visual na falha dos anéis de gaxeta 30A, 30B, 30C e antes da falha do último anel de gaxeta 30D, a unidade 200 possibilita que o pessoal programe a manutenção da sobreposta de vedação inferior 12 em um tempo conveniente (p. ex., na próxima paralização programada).

[00048] Com referência agora à Figura 11, é mostrada uma forma de realização de um método 500 para identificar falha de uma vedação ou unidade de vedação (p. ex., vedações 30A, 30B, 30C) disposta entre um primeiro conduto de fluido (p. ex., tubo de lavagem 16) e um alojamento rotativamente disposto em torno do primeiro conduto de fluido (p. ex., alojamento 22). No bloco 502, o método 500 inclui acoplar um dispositivo de monitoramento de vedação autocontido ao alojamento. O bloco 504 inclui prover comunicação para transferência de pressão entre o dispositivo de monitoramento de vedação e uma cavidade de fluido posicionada entre o alojamento e o primeiro conduto de fluido. A cavidade de fluido pode ser um espaço anular entre o tubo de lavagem e o alojamento de gaxeta inferior ou uma parte deste espaço anular. Em algumas aplicações do método 500, a operação de prover comunicação para transferência de pressão incluirá prover comunicação de fluido para troca de fluido. O bloco 506 inclui prover uma indicação com o dispositivo de monitoramento de vedação em uma predeterminada pressão de fluido dentro da cavidade de fluido.

[00049] Com referência agora à Figura 12, é mostrada uma forma de realização de um método 550, para identificar falha de uma vedação ou unidade de vedação (p. ex., vedações 30A, 30B, 30C) disposta entre um primeiro conduto de fluido (p. ex., tubo de lavagem 16) e um alojamento rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido (p. ex., alojamento 22), em que uma cavidade é formada entre o primeiro conduto de fluido e o alojamento. No bloco 552, o método 550 inclui escoar fluido pressurizado da cavidade de fluido para dentro do dispositivo de monitoramento de vedação. O bloco 554 inclui mover um pistão do dispositivo de monitoramento de vedação com o fluido pressurizado. O bloco 556 inclui superar uma força de solicitação atuando sobre o pistão durante a operação do bloco 554 e o bloco 558 inclui mover um comutador do dispositivo de monitoramento de vedação com o pistão durante a operação do bloco 554. O método 550 é capaz de ser realizado como uma parte do método 500, por exemplo, durante a operação do bloco 506.

[00050] Na forma de realização de unidade de monitoramento de vedação autocontida 200, descrita aqui, os indicadores 292 da unidade de sinalização 280 são descritos como indicadores visuais. Entretanto, em algumas outras formas de realização, a unidade de monitoramento de vedação 200 é configurada com outro tipo de indicador 292, para prover outras formas de notificação, tais como um sinal eletromagnético de outra frequência (por exemplo, um sinal de radiofrequência), um sinal audível (por exemplo, de uma buzina), ou qualquer outro meio adequado de indicação. O meio adequado de indicação ou sinal pode ser configurado para observação por pessoal ou pode ser configurado para ser percebido por ou transmitido para um sistema de controle, dependendo da forma de realização particular. Além disso, o sinal pode ser firme, intermitente ou periódico. Algumas formas de realização incluem um sinalizador mecânico mantido ou liberado por um comutador e energizado por um membro de solicitação, tal como uma mola, por exemplo, e tais formas de realização podem ser implementadas sem uma bateria. O sinalizador pode incluir uma cor brilhante, para atrair a atenção de um operador de equipamento.

[00051] Algumas formas de realização, similares à unidade de sinalização 280, incluem uma bateria estacionária relativa ao corpo da unidade de sinalização e incluem um comutador elétrico que é distinta da bateria. O comutador elétrico inclui uma posição eletricamente aberta ou “desligada” e uma posição eletricamente fechada ou “ligada”. O comutador elétrico é eletricamente acoplado à bateria e inclui um contato elétrico eletricamente acoplado ao indicador ou indicadores 292, por exemplo, luzes. O comutador elétrico e bateria são configuradas para energizar os indicadores 292 no estado ativado, quando o comutador elétrico está na posição “ligada”. Em algumas destas formas de realização, um único membro de solicitação, tal como o membro 275, atua sobre o pistão 260.

[00052] Na forma de realização descrita, fluido e pressão de fluido são livremente transmitidos entre a cavidade de fluido 31D e unidade 200. Em outras formas de realização, um dispositivo barreira, tal como um diafragma, é adicionado para inibir o fluxo de fluido entre a cavidade de fluido 31E e a unidade 200, enquanto permitindo a transmissão de pressão entre elas. Em algumas situações, este arranjo é benéfico para isolar a unidade 200 do fluido dentro da unidade de tubo de lavagem 10.

[00053] Embora a Figura 1 ilustre um sistema de perfuração baseado em terra 5, as formas de realização descritas aqui podem também ser usadas em conjunto com sistemas de perfuração de poço offshore. Além disso, embora a unidade de monitoramento de vedação autocontida 200 tenha sido descrita no contexto de anéis de gaxeta de monitoramento 30A, 30B, 30C, 30D na unidade de tubo de lavagem 10, as formas de realização descritas aqui podem ser usadas para monitorar as vedações em uma variedade de outras aplicações, incluindo, por exemplo, em instalações de manufatura, veículos e qualquer equipamento que utilize um acoplamento vedado rotativo para conter fluidos.

[00054] Embora formas de realização preferidas tenham sido mostradas e descritas, modificações delas podem ser feitas por uma pessoa hábil na arte sem desvio do escopo ou ensinamentos aqui. As formas de realização descritas aqui são exemplares somente e não limitantes. Muitas variações e modificações dos sistemas, aparelho e processos descritos aqui são possíveis e estão dentro do escopo da invenção. Por conseguinte, o escopo de proteção não é limitado às formas de realização descritas aqui, porém é somente limitado pelas reivindicações que seguem, cujo escopo incluirá todos equivalentes do assunto das reivindicações. A menos que de outro modo expressamente citado, as etapas de uma reivindicação de método podem ser realizadas em qualquer ordem e, além disso, algumas etapas podem ser realizadas em paralelo entre si. A citação de identificadores como (a), (b), (c) ou (1), (2), (3) antes das etapas de uma reivindicação de método não é destinada a e não especifica uma ordem particular das etapas, porém sem dúvida é usada para simplificar subsequente referência a tais etapas.

Claims

1. Dispositivo de monitoramento de vedação (230) para monitorar uma unidade de vedação disposta em um espaço anular (19), entre um conduto estacionário de fluido (16) e um alojamento (22) rotativamente disposto sobre o conduto estacionário de fluido (16), o dispositivo (230) compreendendo: um corpo (240) tendo um eixo geométrico central (241), uma primeira extremidade (242), uma segunda extremidade (243) oposta à primeira extremidade (242) e uma passagem atravessante (250) estendendo-se axialmente da primeira extremidade (242) para a segunda extremidade (243); um pistão (260) deslizavelmente disposto na passagem atravessante (250) do corpo (240); um membro de solicitação (275) axialmente disposto entre o corpo (240) e o pistão (260), em que o membro de solicitação (275) é configurado para propender o pistão (260) axialmente em direção à primeira extremidade (242) do corpo (240); e uma unidade de sinalização (280), acoplada à segunda extremidade (243) do corpo (240), em que a unidade de sinalização (280) inclui um indicador (292) e um comutador (295) eletricamente acoplado ao indicador (292), em que o comutador (295) inclui uma bateria (287) e um contato elétrico (296) acoplado eletricamente ao indicador (292); em que o comutador (295) tem uma primeira posição com a bateria (287) engatando o contato elétrico (296) e uma segunda posição com a bateria (287) desengatada do contato elétrico (296); em que o indicador (292) está em um estado ativado com o comutador (295) na primeira posição, e o indicador (292) está em um estado desativado com o comutador (295) na segunda posição; caracterizadopelo fato de que o pistão (260) é configurado para transladar axialmente na passagem atravessante (250) para transicionar o comutador (295) entre a primeira posição e a segunda posição; em que a passagem atravessante (250) é exposta a uma pressão de fluido no espaço anular (19) entre o conduto estacionário de fluido (16) e o alojamento (22).

2. Dispositivo (230) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma câmara (255) estende-se axialmente da primeira extremidade (242) do corpo (240) para o pistão (260); e em que o pistão (260) é configurado para mover-se no corpo (240), em resposta a um diferencial de força desenvolvido pela combinação de uma pressão de fluido dentro da câmara (255) atuando sobre o pistão (260) em uma primeira direção axial e uma força de solicitação atuando sobre o pistão (260) em uma segunda direção axial, oposta à primeira direção axial.

3. Dispositivo (230) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o indicador (292) é uma luz ou está configurado para prover um sinal audível.

4. Dispositivo (230) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem atravessante (250) do corpo (240) inclui um primeiro segmento de passagem (246) internamente rosqueado, estendendo-se axialmente através da primeira extremidade (242), um segundo segmento de passagem (247) estendendo-se axialmente do primeiro segmento de passagem (246), um terceiro segmento de passagem (248) estendendo-se axialmente do segundo segmento de passagem (247), e um quarto segmento de passagem (249) estendendo-se axialmente do terceiro segmento de passagem (248) e através da segunda extremidade (243); em que o primeiro segmento de passagem (246) tem um primeiro diâmetro, o segundo segmento de passagem (247) tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro, o terceiro segmento de passagem (248) tem um terceiro diâmetro que é menor do que o segundo diâmetro, e o quarto segmento de passagem (249) tem um quarto diâmetro que é menor do que o terceiro diâmetro; e em que o pistão (260) é pelo menos parcialmente disposto no terceiro segmento de passagem (248) e quarto segmento de passagem (249).

5. Dispositivo (230) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pistão (260) é propendido em direção à primeira posição.

6. Dispositivo (230) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem atravessante (250) fica em comunicação fluida com o espaço anular (19) entre o conduto estacionário de fluido (16) e o alojamento (22).

7. Sistema de perfuração, caracterizado pelo fato de que compreende: um conduto estacionário (18); um conduto rotativo (20) configurado para girar em relação ao conduto estacionário (18); um primeiro conduto de fluido (16) tendo um eixo geométrico central, uma primeira extremidade acoplada ao conduto estacionário e uma segunda extremidade acoplada ao conduto rotativo (20) com uma unidade de gaxeta (12); em que a unidade de gaxeta (12) inclui um alojamento anular (22) disposto rotativamente sobre o primeiro conduto de fluido (16), um primeiro anel de gaxeta (30) radialmente posicionado entre o primeiro conduto de fluido (16) e o alojamento (22), um segundo anel de gaxeta (30) radialmente posicionado entre o primeiro conduto de fluido (16) e o alojamento (22) e axialmente afastado do primeiro anel de gaxeta (30), e uma cavidade de fluido (31) radialmente posicionada entre o primeiro conduto de fluido (16) e o alojamento (22) e axialmente posicionada entre o primeiro anel de gaxeta (30) e o segundo anel de gaxeta (30); e um dispositivo de monitoramento de vedação (230) como definido na reivindicação 1, acoplado ao alojamento (22) e exposto à pressão de fluido na cavidade de fluido (31); em que o alojamento (22) e o dispositivo de monitoramento de vedação (230) como definido na reivindicação 1 estão configurados para rotacionar juntos em relação ao conduto estacionário e o primeiro conduto de fluido (16); em que o dispositivo de monitoramento de vedação (230) é configurado para prover uma indicação, em resposta a uma predeterminada pressão de fluido na cavidade de fluido (31).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de monitoramento de vedação (230) é configurado para prover a indicação na falha do primeiro anel de gaxeta (30).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de gaxeta (12) inclui um anel espaçador (26, 27, 28) axialmente posicionado entre o primeiro anel de gaxeta (30) e o segundo anel de gaxeta (30), e um anel de fixação (24) atarraxado no alojamento (22) e configurado para manter o primeiro anel de gaxeta (30), o segundo anel de gaxeta (30) e o anel espaçador (26, 27, 28) dentro do alojamento (22).

10. Método para identificar falha de uma vedação disposta entre um primeiro conduto de fluido (16) e um alojamento (22) rotativamente disposto sobre o primeiro conduto de fluido (16), o método caracterizado pelo fato de que compreende: (a) acoplar um dispositivo de monitoramento de vedação autocontido (230) ao alojamento (22) para rotação com o alojamento (22); (b) prover comunicação para transferência de pressão entre o dispositivo de monitoramento de vedação (230) e uma cavidade de fluido (31) posicionada entre o alojamento (22) e o primeiro conduto de fluido (16); e (c) prover uma indicação visual ou audível produzida pelo dispositivo de monitoramento de vedação (230) em uma predeterminada pressão de fluido dentro da cavidade de fluido (31).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que (c) compreende: (c1) escoar fluido pressurizado da cavidade de fluido (31) para o dispositivo de monitoramento de vedação (230); (c2) mover um pistão (260) do dispositivo de monitoramento de vedação (230) com o fluido pressurizado. (c3) superar uma força de solicitação atuando sobre o pistão (260) durante (c2); (c4) mover um comutador (295) do dispositivo de monitoramento de vedação (230) com o pistão (260) durante (c2).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que (c4) compreende: mover a bateria (287) do dispositivo de monitoramento de vedação (230) para encaixe com um contato elétrico (296).

13. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que (c) compreende emitir um sinal visível do dispositivo de monitoramento da vedação (230).

14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende: segurar o primeiro conduto de fluido estacionário (16) enquanto rotaciona o alojamento (22) e o dispositivo de monitoramento de vedação (230) em relação ao primeiro conduto de fluido (16).